[发明专利]一种基于表面肌电信号的智能轮椅人体跟随控制系统

说明书

本发明公开了一种基于表面肌电信号的智能轮椅人体跟随控制系统，系统包括目标检测模块、肌电解码模块、运动控制模块和环境监测模块。目标检测模块识别目标人体并计算目标人体的位置；肌电解码模块采集肌电信号，并根据肌电信号识别操作者当前手势；手势用于指定轮椅跟随人体的期望距离和方位；运动控制模块根据期望的相对距离和方位驱动轮椅跟随目标人体；环境监测模块检测轮椅周围障碍物位置信息给与操作者安全提醒，并在紧急情况时通过运动模块制动轮椅。本发明针对运动功能障碍患者不能采用常规控制方式操纵轮椅的诉求提供的控制系统，可辅助运动功能障碍患者通过肌电信号操控调节轮椅跟随引领人员的队形，实现对引领人员安全、灵活的跟随。

技术领域

本发明涉及智能轮椅控制系统技术领域，尤其涉及一种基于表面肌电信号的智能轮椅人体跟随控制系统。

背景技术

根据第二次全国残疾人抽样调查数据，我国肢体残疾人总数接近8296万人口，其中60岁及以上残疾人数约4416万。由于轮椅可为残疾患者或行动不便的老年人提供日常行动帮助，在社会助老助残角色中发挥了重要作用。而传统轮椅依赖与物理接触的手动操作，对于一些具有严重运动功能障碍的残障人士来说他们无法通过肢体操控传统的手动轮椅，而肌控智能轮椅可通过操作者肌电信号直接控制轮椅设备，从而，摆脱了通过传统物理接触方式操控轮椅的依赖。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于表面肌电信号的智能轮椅人体跟随控制系统，以解决严重运动功能障碍患者无法通过传统手动方式操控轮椅的技术问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种基于表面肌电信号的智能轮椅人体跟随控制系统，包括目标检测模块、肌电解码模块、环境监测模块和运动控制模块；

所述目标检测模块用于识别目标人体并计算出目标人体的位置；

所述肌电解码模块用于采集操作者的肌电信号，并根据肌电信号识别操作者当前手势，生成手势信息，手势信息用于生成操作者期望轮椅跟随人体的相对距离和方位；

所述运动控制模块用于根据操作者期望轮椅跟随人体的相对距离和方位跟随目标对象；

所述环境监测模块用于获取轮椅周围障碍物的位置信息，判断轮椅与障碍物的距离是否安全，若处于非安全距离，则向操作者提供手环震动提醒，若处于危险距离，则紧急制动。

作为一种可选的实施例，所述肌电解码模块包括样本训练单元，所述样本训练单元用于采集每一种手势的肌电数据，并标记对应数据的手势标签，得到多个手势样本；建立起数据库存储所有手势样本；提取每一个手势样本的肌电信号，将提取出的肌电信号进行数据处理，筛选出有效的信号段，提取信号段的时域特征，获得训练样本的特征及样本模型；基于动态时间归整匹配算法训练出识别手势的K-近邻分类器。

作为一种可选的实施例，所述时域特征包括绝对值积分、过零点数、方差和Willison幅值，绝对值积分通过公式(1)计算；过零点数通过公式(2)计算；方差通过公式(3)计算；Willison幅值通过公式(4)计算；

其中N为样本数量，x_i为第i个样本的肌肉电信号值，E(x)为平均值。

作为一种可选的实施例，所述肌电解码模块还包括未知手势识别单元，未知手势识别单元用于将新用户的手势作为未知手势输入，提取出其肌电信号，进行数据处理和特征提取，与训练得到的样本模型进行动态时间归整匹配，通过K-近邻分类器进行判断，以得到未知手势的具体手势类型。